KR20140034010A - 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 비접속식 무선 충전장치에 사용되는 기판의 상하 양면에 형성되는 코일패턴을 충진된 비아 홀에 의해 전기적으로 연결된 병렬선로로 구성하는 충전용 코일구조에 관한 것이다. 그 구성은 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 제1 코일패턴, 상기 기판의 다른 일면인 하면에 형성된 제2 코일패턴을 포함하되, 상기 제1 코일패턴은 제1 단위권선들 간을 제1 이격간격(d)으로 이격하여 n 개수의 권선 형태로 형성하고, 상기 제2 코일패턴은 제2 단위권선들 간을 제2 이격간격(d1)으로 이격하여 m 개수의 권선 형태로 형성하며, 상기 제1 단위권선들과 상기 제2 단위권선들 각각은 상기 기판을 관통하는 비아 홀에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판을 개시한다.

Description

충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판{Circuit board formed on both sides of the charge coil}

본 발명은 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 비접속식 무선 충전장치에 사용되는 기판의 상하 양면에 형성되는 코일패턴을 충진된 비아 홀에 의해 전기적으로 연결된 병렬선로로 구성하는 충전용 코일구조에 관한 것이다.

최근 통신 및 정보처리기술의 발달로 인터넷이나 화상통화, 문서작업 등과 같은 다양한 기능을 가지는 휴대전화나 PDA, 노트북 등과 같이 휴대하기 편리한 휴대용 단말기의 사용이 증가하고 있으며, 기술의 발달에 따라 성능이 향상된 새로운 모델의 휴대용 단말기가 계속해서 보급되는 있는 추세이다.

그리고 현재 가장 많이 사용되고 있는 휴대전화 즉, 이동통신단말기의 충전방식은 별도의 충전기에 이동통신단말기를 거치하는 방식으로 접속하거나 또는 USB 충전기 단자를 이용하여 충전기와 이동단말기를 연결하여 충전하는 방식이 있다.

상기와 같은 접촉형 충전방식이나 접촉단자를 이용하는 충전방식의 문제점을 해결하기 위해 이동통신단말기를 충전기에 거치하거나, USB 충전기 단자를 이용하여 충전기와 이동통신단말기를 연결하지 않고서도 이동통신단말기를 충전기에 올려놓거나 근처에 두기만 해도 충전이 이루어지는 비접속식 무선충전방식이 적용되고 있다.

이러한 비접속식 무선충전방식으로는 자기유도방식, 자기공명방식, 전자기파방식이 있으나, 그 중 자기유도방식이 많이 채택되어 사용되고 있으며, 상기 자기유도방식은 가까운 두 개의 코일이 유도전류를 일으켜 충전하는 방식으로서 전력전송효율이 90% 이상으로 매우 높지만, 전송거리가 짧다는 단점도 있다.

이러한 단점에도 불구하여 기술적으로 구현이 용이하고 비교적 저렴한 가격에 생산 가능한 가까운 두 개의 코일이 유도전류를 일으켜 충전하는 방식의 비접속식 무선충전장치들이 사용되고 있다.

한편, 이동통신기기의 보급의 확대로 인하여 통신기기에 사용되는 배터리의 충전수요가 급증하고 있으며, 특히 전원코드 없는 무선충전에 의한 소형가전기기의 사용이 급증하게 됨에 따라 무선충전기의 사용이 증가하게 되었으며, 이들 무선충전기기의 소형화 및 박형화뿐만 아니라 급속 충전의 요구와 충전 효율이 높은 무선충전기의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

이러한 비접속식 무선충전방식으로는 자기유도방식 채택에 의한 충전을 위해 도 1에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판 상면에 구리 박막을 프린팅한 평판권선타입의 충전코일을 형성하여 무선충전기의 충전코일을 구현하는 기술이 개시되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 기판에 형성된 근거리 무선통신(NFC)안테나 코일패턴과 충전 코일패턴이 형성된 비접속식 무선충전 코일 및 안테나의 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 프랙시블 하지 아니한 기판(10) 상의 중앙부에 다수개의 권선형태로 이루어진 충전 코일패턴(12)이 형성되고, 충전 코일패턴(12)의 주변 테두리에 근거리 무선통신(NFC)을 위한 안테나 코일패턴(14)이 형성되며, 인쇄회로기판(10)의 일측에는 충전 코일패턴(12)에 전력을 공급하거나 충전 코일패턴(12)에 유기된 전력을 인출하는 충전코일 접속단자(A,B)가 배치되고, 그와 더불어 안테나 코일패턴(14)을 통하여 송출할 통신신호를 입력하거나 안테나 코일패턴(14)에 수신된 통신신호를 출력하는 안테나신호 접속단자(C,D)가 구비되어 있다. 부호 11은 코일패턴 형성시 얼라인(정렬)을 맞추기 위한 가이드 홀을 나타낸다.

여기서, 일단의 충전 코일패턴(12)과 타단의 충전 코일패턴(12)이 접속되는 충전코일 접속단자(A,B)가 기판(10)의 동일 평면에 배치되며, 이들을 전기적으로 연결하기 위하여 충전 코일패턴(12)의 일단과 충전코일 접속단자(C,D) 사이를 안테나 코일패턴(14)을 가로질러 전기적으로 연결하여야 한다. 이를 위해 코일패턴(14) 상부에 별도의 절연층(도시 안됨)을 형성한 후 절연층 상부에 도전성 박막패턴을 별도로 형성하거나, 충전 코일패턴(12)의 일단과 충전코일 접속단자(A,B) 사이를 절연된 도체, 즉 전선을 활용하여 연결하는 점퍼 도체(도시되지 않음)를 사용하여야 한다.

그뿐만 아니라, 안테나 코일패턴(14)의 일단과 안테나신호 접속단자(C,D)의 어느 한 단자를 연결하기 위하여 안테나 코일패턴(14)과 절연되면서 연결될 수 있는 전기적 접속을 위하여 충전 코일패턴(12)의 일단과 충전코일 접속단자(A,B)를 연결하는 방법과 같은 방법으로 전기적 연결을 하여야 한다.

그러나 도 1에 도시된 기판의 비접속식 무선충전장치는 도 1의 부분 확대도와 같이, 충전 코일패턴(12)의 각 단위권선간 간격은 코일간의 절연을 위하여 일정간격 이격되어야 하나, 기판(10)에서 사용전압에 의한 절연거리 확보 및 생산 공정상의 생산성을 고려하여 최소 간격은 0.1mm 정도까지만 가능한 실정이며, 충전코일이 형성된 기판(10)은 제한된 공간에 설치되어야 함으로써 충전 코일패턴(12)을 형성하는 도전성 박막의 폭과 두께를 제한할 수밖에 없었다. 따라서 이로 인한 충전 코일패턴의 권선저항에 의해 발열을 야기하는 문제를 초래하였다.

또한, 코일의 권선회수를 유지하면서 전류용량을 증가시키며, 권선의 저항을 감소시키는 것은 한계가 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 기판의 상하면에 형성되는 충전 코일패턴의 단위권선을 전기적으로 연결하기 위하여 기판을 관통하는 비아 홀을 형성하고, 상기 비아 홀의 충진을 통해 전기적으로 연결함으로서 코일패턴의 저항성분을 낮추어 발열을 최소화하고, 전력효율을 향상시키도록 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판을 제공하는데 있다.

본 발명의 설명의 편의를 위하여 이하에서는, 인쇄회로기판 상면에 형성되는 충전코일패턴을“제1 코일패턴”이라 하고, 제1 코일패턴의 단위권선들 간의 이격간격을 “제1 이격간격(d)”이라 하며, 인쇄회로기판 하면에 형성되는 충전코일패턴을 “제2 코일패턴”이라 하고, 제2 코일패턴의 단위권선들 간의 이격간격을“제2 이격간격(d1)”이라 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면 기판, 상기 기판의 상면에 형성된 제1 코일패턴, 상기 기판의 다른 일면인 하면에 형성된 제2 코일패턴을 포함하되, 상기 제1 코일패턴은 제1 단위권선들 간을 제1 이격간격(d)으로 이격하여 n 개수의 권선 형태로 형성하고, 상기 제2 코일패턴은 제2 단위권선들 간을 제2 이격간격(d1)으로 이격하여 m 개수의 권선 형태로 형성하며, 상기 제1 단위권선들과 상기 제2 단위권선들 각각은 상기 기판을 관통하는 비아 홀에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판을 제공한다.

또한, 상기 비아 홀은 도전성 물질로 충진된 것을 특징으로 하며, 상기 도전성 물질은 금, 구리, 알루미늄 중에서 어느 하나 또는 선택된 2 이상이 혼합된 혼합 물질로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 코일패턴은 상기 제1 코일패턴의 각각의 단위권선의 시작점에서 상기 기판을 관통하는 비아 홀을 통해 상기 제2 코일패턴의 각각의 단위권선의 시작점과 연결되며, 상기 제1 코일패턴의 각각의 단위권선의 종료점에서 상기 기판을 관통하는 비아 홀을 통해 상기 제2 코일패턴의 각각의 단위권선의 종료점과 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판은 비접속식 무선 충전장치에 사용되는 것을 특징으로 하며, 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판은 무선전력 전송기기 또는 이동통신단말기에 사용되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 기판의 상하면에 각각 형성되는 코일패턴의 단위권선을 연결하는 비아 홀에 도전성 물질을 충진함으로써 코일패턴의 단면적 증가로 인해 코일패턴의 권선저항 값을 낮추어 전력전달 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 기판에 형성된 근거리 무선통신(NFC)안테나 코일패턴과 충전 코일패턴이 형성된 비접속식 무선충전 코일 및 안테나의 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판의 저면도,
도 4는 도 2에 도시된 A-A'의 단면이 형태의 일 예를 예시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 코일패턴에 2개의 비아 홀이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판의 평면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판의 저면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 A-A'의 단면이 형태의 일예를 예시한 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 코일패턴에 2개의 비아 홀이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기판은 플렉시블한 기판(100)을 사용할 수 있으며, 플렉시블한 기판(100)은 12 mil(mil이란 1/1000인치를 말한다)의 두께 또는 24 mil의 두께를 갖는 폴리이미드(polyimide)계 또는 폴리에스테르(polyester)계의 합성수지 필름형태의 기판이다.

기판(100)의 상면 중앙부에는 다수개의 제1 단위권선(120)이 구비된 제1 코일패턴(110)이 형성되고, 기판(100)의 하면 중앙부에는 다수개의 제2 단위권선(220)이 구비된 제2 코일패턴(210)이 형성되어 있다. 도면부호 105은 코일패턴형성 시 얼라인(정렬)을 맞추기 위한 가이드 홀을 나타낸다.

제1 코일패턴(210)의 외주변 테두리에는 NFC안테나 코일패턴(150)이 형성되며, 기판(100)의 일측면 돌출부에는 안테나 접속단자(C,D)와 충전코일 접속단자(A,B)가 구비되어 있다. 즉, NFC 안테나 코일패턴(150) 외측부의 일면에 NFC 안테나 코일패턴(150)의 통신신호를 입력하거나 수신된 통신신호를 출력하는 안테나신호 접속단자(C,D)와, 상기 제1 및 제2 코일패턴(110,210)에 충전전류를 인가하거나 유기된 충전전류를 인출하는 충전코일 접속단자(A,B)가 구비되어 있다. 이때, 접속단자 A,B,C에는 제1 및 제2 단위권선(120,220) 및 NFC 안테나 코일패턴(150)과의 전기적 연결을 위하여 각각에 비아홀(일예로 140c)이 형성되어 있다.

기판(100)의 상면 중앙부에는 다수개의 제1 코일패턴(110)이 구리재질의 0.05mm 두께와 0.6mm 폭을 갖는 도전성 박막으로 형성된 단위권선(120)들이 제1 이격 간격(d)으로 이격되어 형성된다.

제1 코일패턴(110)의 시작점(141)은 비아 홀(140a)을 통하여 기판(100)의 하면을 통하여 충전코일 접속단자(A)와 연결된다.

여기서, 충전코일 접속단자(A)는 기판(100) 상면에 형성되고, 기판(100)을 관통하는 접속단자의 비아 홀(140c)이 형성되어 있으며, 제1 코일패턴(110)은 비아홀(140a)과 도전성 박막으로 기판(100)의 하면에서 단위권선들과 동일 재질인 도전성 박막으로 연결된다.

제1 코일패턴(110)은 충전코일 접속단자(A)와 연결되는 시작점(141)부터 나선형 또는 각형 등 여러 형상으로 연속하여 평면상에서 권선되는 박막코일로서 시작점(141)에서 일정한 반경(사각형권선 패턴인 경우 각 변을 따라)으로 시작점 위치에 근접한 종료점(142)까지 형성되는 제1 코일패턴(110)의 최외곽 권선(이하: 제1 단위권선)을 형성한다. 제1 단위권선(120a)과 일정한 이격거리(d)를 두고 제1 단위권선(120a)의 다음 권선인 제2 단위권선(120b)을 형성하고, 계속하여 연속되는 제3, 제 4... 제N 단위권선을 형성한다.

여기서, 상기 각각의 단위권선의 시작점(141)과 종료점(142)에는 기판(100)을 관통하는 비아 홀(141a,142a)을 형성한다.

기판(100)의 상면에서는 상기 각각의 단위권선의 시작점(141)과 종료점(142)의 비아 홀(141a,142a)은 연속되는 단위권선의 선로 상에 형성 되는 것이다.

이때, 시작점(141)과 종료점(142)의 사이의 거리(비아 홀(141a)과 비아 홀(142a)간의 간격이라 함)는 후술하는 제2 코일패턴(210)의 최종점(140b)에서 접속단자(B)까지 연결되는 박막도체의 폭보다 넓은 거리이다.

제2 코일패턴(210)은 도 3에 도시된 바와 같이 기판(100)의 하면에 형성되고, 상기한 제1 코일패턴(110)과 동일한 형상과 방법으로 형성되며, 아울러 제2 코일패턴(210)은 제1 코일패턴(110)의 각각의 단위권선의 시작점(141)과 종료점(142)의 비아 홀(141a,142a)을 연결하는 제1 코일패턴(110)의 각각의 단위권선과 동일한 형상과 재질로 형성된다.

이처럼 기판(100)의 하면에 형성된 제2 코일패턴(210)의 각각의 단위권선은 비아 홀(141a,142a)을 통하여 제1 코일패턴(210) 각각의 단위권선의 시작점(141)과 종료점(142)들이 전기적으로 연결되며, 비아 홀(141a,142a)을 도전성 물질로 충진 되어 있다. 이때, 상기 도전성 물질은 금, 구리, 알루미늄 중에서 어느 하나 또는 선택된 2 이상이 혼합된 혼합 물질로 형성된다.

특히, 제2 코일패턴(210)의 단위권선(220a,220b...)들은 최내각 단위권선(220n)으로부터 충전코일 접속단자(B)와 연결되는 도전성 박막이 기판(100)에 형성될 수 있도록 제2 코일패턴(210)의 단위권선들 간에 연결되지 않은 영역(143)이 형성되며, 상기 단위권선들 간에 연결되지 않은 영역(143)은 제1 코일패턴(110)의 각각의 단위권선의 시작점(141)과 종료점(142)의 비아 홀(141a,142a)에 대응되는 기판(100) 하면의 비아 홀(141a,142a) 사이에 형성한다.

한편, 본 발명에서의 제1 코일패턴(110)과 제2 코일패턴(210)은 비아 홀(141a,142a)을 통하여 연결됨으로서 그로 인해 두 개의 코일패턴이 전기적으로 일체화된 하나의 도전성 박막으로 된 코일 형태의 권선이다. 즉, 제1 코일패턴(110)과 제2 코일패턴(210)이 기판(100)의 상하면에 각각 형성된다고 하나, 전기적으로는 제1 코일패턴(110)과 제2 코일패턴(210)이 병렬로 연결됨으로서 도체의 단면적이 늘어난 하나의 도전선로가 되는 것이다.

또한, 상기에서의 모든 비아 홀(140a,140b,140c,141a,142a)은 전기적 연결을 위하여 도전성 재질에 의해 충진되는 것이며, 도전성재질의 충진방법 및 기판(100)에 형성되는 박막에 의한 제1 및 제2 단위권선(120,220)들의 형성방법은 본 발명의 분야에서 공지된 인쇄회로기판에서의 회로패턴을 형성하는 방법을 활용하는 것이어서 그 설명을 생략하기로 한다.

상기에서 제1 코일패턴(110)과 제2 코일패턴(210)은 형성함에 있어서 본 발명의 목적하고자 하는 바를 달성하기 위하여, 제1 코일패턴(110)의 제1 이격간격(d)과 제2 코일패턴(210)의 제2 이격간격(d1)이 기판(100)을 사이에 두고 일치된 형태의 코일패턴을 구현한다.

또한, 도 4에 나타난 바와 같이 제1 코일패턴(110)에는 다수개의 코일이 감겨져 권선형태로 형성되며, 제1 이격간격(d)으로 이격된 다수개의 제1 단위권선(120)들이 형성되어 있으며, 제2 코일패턴(210)에는 다수개의 코일이 감겨져 권선형태로 형성되며, 제2 이격간격(d1)으로 이격된 다수개의 제2 단위권선(220)들이 형성되어 있다.

이때, 제1 코일패턴(110)에 형성된 다수개의 제1 단위권선(120)들 사이의 제1 이격간격(d)과, 제2 코일패턴(210)에 형성된 다수개의 제2 단위권선(220)들 사이의 제2 이격간격(d1)이 기판(100)을 사이에 두고 일치되도록 형성된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 코일패턴(110)의 다수개의 제1 단위권선(120)들 또는 제2 코일패턴(210)의 다수개의 제2 단위권선(220)들 내에는 도 2 및 도 3에 도시된 복수의 비아 홀(코일패턴 간을 연결하는 부위에 표시된 빗금친 부분)은 저항을 낮추기 위한 사용 용도에 따라 임의의 개수로 형성될 수 있다.

본 발명에서의 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판은 본 분야에서 공지된 비접속식 무선충전기에 포함되어 실시할 수 있을 것이고, 본 발명에서 안테나가 부설된 경우의 기판 양면에 형성된 충전용코일을 중심으로 설명하였으나 백색가전제품에 사용되는 경우는 안테나 부분이 제외될 수 있음은 자명하다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 아니 되며, 본 발명에 첨부된 특허청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

100: 기판 110: 제1 코일패턴
120: 제1 단위권선 140a,140b,140c,141a,142a: 비아 홀
210: 제2 코일패턴 220: 제2 단위권선

Claims (5)

1. 기판,
   상기 기판의 상면에 형성된 제1 코일패턴,
   상기 기판의 다른 일면인 하면에 형성된 제2 코일패턴을 포함하되,
   상기 제1 코일패턴은 제1 단위권선들 간을 제1 이격간격으로 이격하여 n 개수의 권선 형태로 형성하고,
   상기 제2 코일패턴은 제2 단위권선들 간을 제2 이격간격으로 이격하여 m 개수의 권선 형태로 형성하며,
   상기 제1 단위권선들과 상기 제2 단위권선들 각각은 상기 기판을 관통하는 비아 홀에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비아 홀은 도전성 물질로 충진된 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 도전성 물질은 금, 구리, 알루미늄 중에서 어느 하나 또는 선택된 2 이상이 혼합된 혼합 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판은 비접속식 무선 충전장치에 사용되는 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판.
   
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판은 무선전력 전송기기 또는 이동통신단말기에 사용되는 것을 특징으로 하는 충전용 코일이 양면에 형성된 회로기판.
   

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